Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)

3. szám - Varga István–Varga Ádám: A szél hatása tavakban kialakuló áramlásokra

VARGA 1. - VARGA Á : A szél hatása a tavakban kialakuló áramlásokra 35 exp / \ 0.4 = Y; C

D

0 «4.9x10" 5x 107 < — < 5x10"

3; y = 8{F + Fo) Y <*«,< (i V

7 Jj (5) összefüggés szerint meghatározható, amelynek jellegét a 2. ábra szemlélteti. 14 1.3 1.2 1.1 0 1 0.9 0 8 0 7 9 10 x 10* 2. ábra. A fV

0 szélsebességre vonatkozó levegő-víz közötti C

D 0 ellenállási tényező meghajtási hossz menti változásának közelítése Az általános logaritmikus sebesség-eloszlási törvény és az (5) felhasználásával a vízfelület felett 10 m-es magasságban értelmezett (a meghajtási hossz mentén változó) szélsebesség és a W

0 viszonyára a W

w(F) r 1 \

008

5 I + 0.18 ln143 / . n 0.085 (6) összefüggés adódik, ahol am : a hullámzással érdesített vízfelület meghajtási hossz menti átlagos relatív érdessége [1]; F: a vízfelület adott pontján a széloldali vízszéltől számított meghajtási hossz [m]; C

D,o• a <5

0 magasságban értelmezett, a felszín által nem befolyásolt ÍV

0 szélsebességre vonatkozó ellenállási tényező [1], AV bearányosítási állandó [m]. Az F

0 állandó értéke abból a feltételből becsülhető meg, hogy a széloldali vízszélnek megfelelő F= 0 helyen a turbulens határréteg vastagságára az előzőek szerint: ő

0 =7.0x10'

2F

0 / \ 0.085 í 1 ^ Y V o y = \6.1W, / \ 0.145 ' 1 ^ m,10 \

Xm / egyenlőség áll fenn, ebből f \ 009

3 / 8 Fo ä 397ÍF

m>1

0 \

aát/^0 j .0.158 \

Xm J (7) A széloldali vízszélnél a vízfelület felett 10 m-en értelmezett W,

0(F=F

a) = 5, 10, és 15 m/s-os szélsebességek meghajtási hossz menti változását a 3. ábra szemlélteti, pl. a

4

t| = 0.03 és 0.1 vízfelületi átlagos relatív érdesség figyelembe vételével. W.o(^) [m/j] 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Meghajtási hossz /'' [ m ] 3. ábra. A W,

0 szélsebesség meghajtási hossz menti változása Megjegyzés: A (6) összeftiggés ill. a 3. ábra mulatják, hogy az adott feltételek mellett a 10 m magasságban számítható szélsebesség a meghajtási hossz mentén - közelítően W

I

0(F) / W,

0(F=0) ~ (l/F)

0 0

1 szerint, a szélsebességtől és a relatív érdességtől gyakorlatilag függetlenül - csökken, pl. F = 10 000 m meghajtási hossz esetében a szélsebesség csökkenés mintegy 10 %. Azonban a csökkenés valójában (az ábrától eltérően) nem az F = 0 helytől kezdődően jön létre, hanem - a terep és a vízfelület közötti szélsebesség növekedés miatt - csak a parttól bizonyos távolságtól kezdődően, amely távolság többek között a topográfiai viszonyoknak a függvénye is. A levegő-víz közötti C

D1

0 ellenállási tényező értékére számos összefüggés létezik (egyik általánosan elfogadott és használt: fVu, 1982), amelyek döntő többségének jellemzője, hogy a szélsebességen kívül a hullámmozgás adatait, mint a vízfelület érdességi viszonyainak jellemzőit közvetlenül nem tartalmazzák. A hullámzás hatását vagy nem, vagy csak a szélsebesség tartományonkénti értékváltozásával veszik figyelembe. A vízfelület relatív érdességi tényezőjének szokásos értéke (pl. Koutitas-O'Connor, 1980) a

v ~ 1/50 - 1/64, amely alapértékként, „sima", gyakorlatilag gravitációs hullámoktól mentes vízfelületre értelmezhető. Az ennek megfelelő egyenértékű aerodinamikai érdesség - pl. 8 m/s szélsebesség mellett - Zo = 0.12 mm. A vízfelület légmozgás által keltett és érzékelt érdességét azonban befolyásolják egyrészt a hullámzás jellemzői, másrészt az a tény is, hogy a hullámzás által létrehozott „érdesség" mozgásban van, a hullámcsoportok sebességével halad szélirányban, ezáltal csökkentve a légmozgás és az „érdes" vízfelület közötti sebesség különbséget. Ezek hatása - célszerűen - a relatív érdességet jellemző a„ tényező módosításával vehető figyelembe. Tekintsük a vízfelület abszolút érdességének a H

s szignifikáns hullámmagasságot és viszonyítási alapként pedig a mértékadó szélsebesség definiált, nyugalmi vízszint feletti 10 m-es mérési magasságát. Ekkor a relatív érdességet és szélsebességet jellemző tényezőt - a hullámcsoportok haladási sebességét - figyelembe véve: \2 a„ 64 + 10 f 1-gT

s f C

g 4 n 1 + W

l

0 j Anh/L a„ sh(4 ah/L) ahol H^ a szignifikáns hullámmagasság [m]; 1/64 \W

X

0>c

g